一種由熒蒽催化熱解製備富勒烯的方法

2023-04-23 22:49:41

專利名稱：一種由熒蒽催化熱解製備富勒烯的方法
技術領域：
本發明屬於一種富勒烯的製備方法，具體地說涉及一種由熒蒽催化熱解製備富勒烯的方法。
背景技術：
富勒烯是一種新型的碳同素異形體，由全碳原子形成的籠狀結構。自從1985年發現富勒烯以來，其特殊性質的研究和應用得到廣泛和深入的研究和關注。富勒烯及其衍生物具有特殊的半導體性質、非線性光學性質、超導電性、鐵磁性、光導電性、催化性質、抗輻射性質等，在諸多領域具有廣闊的應用前景，並逐漸形成一門新興的學科。
富勒烯科學的發展相當程度上取決於其製備方法和技術的發展和革新。目前製備富勒烯的方法有五種雷射法、電阻加熱法、電弧法、苯火焰燃燒法和多環芳香化合物熱解法。最早發現富勒烯結構(特別是C60)所用的方法是雷射蒸發石墨的方法，但該方法由於裝置的限制只能製備極微量的富勒烯。電阻加熱法雖然裝置簡單，但富勒烯的產率和產量都不高。苯火焰燃燒法將預混的苯蒸氣和氧氣經氬氣稀釋後，引入低壓燃燒室中不完全燃燒而合成富勒烯。此法成本較低，每燃燒1千克苯可得到3克富勒烯混合物，但所生成的富勒烯混合物組分較複雜，分離難度很大。目前，較廣泛採用的是電弧法，該法用兩根光譜純石墨棒作電極，利用直流或交流電弧使電極放電，產生的高溫使石墨蒸發，蒸發後的碳沉積於冷卻的收集器內壁而形成富勒烯。此法相對於以上三種方法具有產量相對較大的優點，但仍由於合成成本巨大而難於實現規模化的生產。

發明內容
本發明的目的是提供一種低成本的製備富勒烯的方法。
本發明的製備方法是(1)將熒蒽與鐵、鈷或鎳的有機鹽按重量比為熒蒽∶鐵、鈷或鎳的有機鹽＝10∶1-3混合，研磨至100目以下，在100-150℃溫度下乾燥4-8小時，得到反應物；(2)將兩端開口的豎式石英管反應器豎式加熱至700-1200℃，以200-400毫升/分種Cm2向上而下通入惰性氣體，清除反應器內的空氣，繼續通氣的情況下，把反應物由反應器上端加入反應器，在反應器下部的出口處連接有用冷水冷卻的產物收集器，反應物熱解後產物收集於收集器中。
如上所述的鐵、鈷或鎳的有機鹽是甲酸鹽、乙酸鹽或草酸鹽。
本發明具有如下優點(1)作為富勒烯製備原料的熒蒽來源豐富。
(2)熒蒽熱解的過程、工藝和設備簡單，便於連續化製備和放大生產。
(3)熱解所用的催化劑為甲酸鹽、乙酸鹽和草酸鹽等有機鹽，均為商品試劑，價廉易得。
(4)富勒烯產物的產率高。
具體實施例方式實施例1稱量10克熒蒽和2克甲酸鈷，經研磨至100目以下，混合均勻，在120℃乾燥5小時。將一石英管反應器(長800mm，內徑20mm)在立式加熱爐中預熱至700℃，以300毫升/分種的速度自上而下通氣氬氣以清除反應管內的空氣，並在反應過程中連接通氣。將已混合好的反應物由反應器的上端徐徐加入預熱的反應器，使之發生快速熱解。在反應器下部的出口處預連接一產物收集器，並用冷水冷卻收集器。收集器上部預留一出口，以便反應產生的氣體產物和載氣逸出。反應的固體產物依靠重力作用和載氣的攜帶作用收集於冷卻的收集器中。收集的黑色固體產物6.3克，用質譜分析其中含有1.2克C60，0.25克C70以及約0.05克的其它富勒烯碳。
實施例2稱量10克熒蒽和2克甲酸鎳，經研磨至100目以下，混合均勻，在120℃乾燥5小時。將一石英管反應器(長800mm，內徑20mm)在立式加熱爐中預熱至850℃，以300毫升/分種的速度自上而下通氣氬氣以清除反應管內的空氣，並在反應過程中連接通氣。將已混合好的反應物由反應器的上端徐徐加入預熱的反應器，使之發生快速熱解。反應的固體產物依靠重力作用和載氣的攜帶作用收集於冷卻的收集器中。收集的黑色固體產物5.4克，用質譜分析其中含有1.1克C60，0.2克C70以及約0.03克的其它富勒烯碳。
實施例3稱量10克熒蒽和2克甲酸鐵，經研磨至100目以下，混合均勻，在120℃乾燥5小時。將一石英管反應器(長800mm，內徑20mm)在立式加熱爐中預熱至900℃，以300毫升/分種的速度自上而下通氣氮氣以清除反應管內的空氣，並在反應過程中連接通氣。將已混合好的反應物由反應器的上端徐徐加入預熱的反應器，使之發生快速熱解。反應的固體產物依靠重力作用和載氣的攜帶作用收集於冷卻的收集器中。收集的黑色固體產物5.1克，用質譜分析其中含有1.3克C60，0.14克C70以及約0.02克的其它富勒烯碳。
實施例4稱量10克熒蒽和1克乙酸鈷，經研磨至100目以下，混合均勻，在120℃乾燥5小時。將一石英管反應器(長800mm，內徑20mm)在立式加熱爐中預熱至1000℃，以300毫升/分種的速度自上而下通氣氬氣以清除反應管內的空氣，並在反應過程中連接通氣。將已混合好的反應物由反應器的上端徐徐加入預熱的反應器，使之發生快速熱解。反應的固體產物依靠重力作用和載氣的攜帶作用收集於冷卻的收集器中。收集的黑色固體產物6.8克，用質譜分析其中含有1.4克C60，0.35克C70以及約0.05克的其它富勒烯碳。
實施例5稱量10克熒蒽和2克草酸鈷，經研磨至100目以下，混合均勻，在120℃乾燥5小時。將一石英管反應器(長800mm，內徑20mm)在立式加熱爐中預熱至1200℃，以300毫升/分種的速度自上而下通氣氬氣以清除反應管內的空氣，並在反應過程中連接通氣。將已混合好的反應物由反應器的上端徐徐加入預熱的反應器，使之發生快速熱解。反應的固體產物依靠重力作用和載氣的攜帶作用收集於冷卻的收集器中。收集的黑色固體產物6.1克，用質譜分析其中含有1.2克C60，0.33克C70以及約0.03克的其它富勒烯碳。
實施例6稱量10克熒蒽和2克草酸鎳鈷，經研磨至100目以下，混合均勻，在120℃乾燥5小時。將一石英管反應器(長800mm，內徑20mm)在立式加熱爐中預熱至900℃，以300毫升/分種的速度自上而下通氣氬氣以清除反應管內的空氣，並在反應過程中連接通氣。將已混合好的反應物由反應器的上端徐徐加入預熱的反應器，使之發生快速熱解。反應的固體產物依靠重力作用和載氣的攜帶作用收集於冷卻的收集器中。收集的黑色固體產物6.8克，用質譜分析其中含有1.2克C60，0.31克C70以及約0.05克的其它富勒烯碳。
權利要求
1.一種由熒蒽催化熱解製備富勒烯的方法，其特徵在於製備方法包括如下步驟(1)將熒蒽與鐵、鈷或鎳的有機鹽按重量比為熒蒽∶鐵、鈷或鎳的有機鹽＝10∶1-3混合，研磨至100目以下，在100-150℃溫度下乾燥4-8小時，得到反應物；(2)將兩端開口的石英管反應器豎式加熱至700-1200℃，以200-400毫升/分種Cm2向上而下通入惰性氣體，清除反應器內的空氣，繼續通氣的情況下，把反應物由反應器上端加入反應器，在反應器下部的出口處連接有用冷水冷卻的產物收集器，反應物熱解後產物收集於收集器中。
2.如權利要求1所述的一種由熒蒽催化熱解製備富勒烯的方法，其特徵在於所述的鐵、鈷或鎳的有機鹽是甲酸鹽、乙酸鹽或草酸鹽。
全文摘要
一種由熒蒽催化熱解製備富勒烯的方法,是將熒蒽與鐵、鈷或鎳的有機鹽按重量比為熒蒽∶鐵、鈷或鎳的有機鹽＝10∶1－3混合,研磨至100目以下,在100－150℃溫度下乾燥4－8小時,得到反應物；將兩端開口的石英管反應器豎式加熱至700－1200℃,以200－400毫升/分鐘Cm
文檔編號C01B31/00GK1422802SQ0114301
公開日2003年6月11日 申請日期2001年11月29日 優先權日2001年11月29日
發明者張紅霞, 畢小平 申請人:張紅霞